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    本期专栏:民机适航研究与探讨
    摘要:
    对于民用航空器在型号合格审定过程中使用的符合性验证方法,多数适航当局一般制定了管理要求,但相互间存在一些差异。同时随着航空产品的复杂化、多样化以及新技术的出现,使得适航符合性验证方法也在不断地演变。根据国内外适航当局对符合性验证方法的管理要求,研究分析了我国的符合性验证方法与FAA、EASA的主要差异,结合型号审定经验,梳理了10类符合性验证方法的典型文件和适用场景,基于当前民机型号和科技发展,分析了未来符合性验证方法的发展趋势,为在型号合格审定中符合性验证方法的管理和使用提供了参考。
    摘要:
    航空座椅垫作为客舱部件的重要组成部分,不仅能为旅客提供良好的舒适环境,还能在飞机应急着陆的情况下起到缓冲吸能的作用,航空座椅垫具有优异的防火阻燃性能,对于航空漂浮座椅垫而言,还具有应急漂浮的作用。针对航空漂浮座椅垫如何满足防火阻燃、漂浮性能、冲击缓冲吸能的适航要求,总结归纳了一套适航取证方法。
    摘要:
    在民用飞机投入运营后,航空公司或运营人需要依据持续适航文件所要求的措施开展相关的技术工作,保持和改善民用飞机和发动机在持续运营时的性能,纠正运营中暴露的问题,确保飞机和发动机始终处于适航状态。通过对持续适航文件相关条款和咨询通告的研究可知,在飞机交付航司或标准适航证书签发前(以较晚者为准),应完成飞机和动力装置系统除大修或者重度维修以外所有持续适航文件的批准和发布。通过对动力装置系统持续适航文件的适航要求进行解读,列举了具有典型代表性的民用飞机动力装置系统的持续适航文件清单,对重要的持续适航文件进行了研究,对国产民用飞机动力装置系统持续适航文件体系进行了有益探索。在民用飞机的全生命周期中,动力装置系统持续适航文件是从研发体系延伸至运营体系的一部分,是与飞机实物同等重要的手册产品,是航司/运营人保证飞机安全可靠运行的保障。
    摘要:
    翼身融合(blended wing body,简称BWB)飞机是未来民机的重要发展方向之一。分析了BWB飞机飞行特性并根据相关规章提出适航操稳特性要求,针对典型背撑式双发BWB布局飞机建立了六自由度飞行动力学模型,设计了反馈增稳控制律以满足飞行品质要求;并采用伪逆法设计了控制分配以完成多操纵面偏转的指令,基于系统仿真的方法对临界发动机失效情况下横航向操纵性和机动性开展了适航评估。仿真结果表明,该布局飞机在临界发动机失效情况下仍具有足够的剩余操纵性和机动性。
    总体气动
    摘要:
    确定飞行中发动机安装推力对飞机性能计算、发动机推力管理、经济性评价等具有重要意义。飞行中推力无法直接测量,需要在动力装置内部适当位置安装传感器测量性能参数,计算得出飞行中推力。研究了民用飞机动力装置飞行中推力确定方法,给出发动机安装净推力公式。介绍了推力计算的流程,利用某大涵道比涡扇发动机性能试飞数据,计算了该动力装置的安装净推力,并与参考值进行了对比分析,可为民用飞机型号设计提供参考。
    摘要:
    计算流体力学(computational fluid dynamic,简称CFD)是一种通过数值求解控制方程来模拟流体的流动和热传导的方法。在民用飞机设计中,CFD被广泛应用于翼型设计优化、风洞试验验证、全机气动布局优化和燃油消耗评估等领域。这些问题涉及复杂的湍流、反应流和多相流,涉及到大网格量级计算和大批量状态计算,因此需要大量的计算资源。为了提高计算效率,提出了一种基于图形处理单元(graphic processing unit,简称GPU)的分布式并行计算方法。该方法利用统一计算设备架构(compute unified device architecture,简称CUDA)和消息传递接口技术(message passing interface,简称MPI),在GPU上进行并行计算,并使用MPI在多GPU之间进行通信。该方法实现了计算任务和数据传输的并行化,并进行了多流并行优化和非阻塞通信优化,实现了GPU之间的负载均衡。同时将该方法应用于超音速平板流这个典型的CFD案例中,与CPU串行计算相比,单GPU获取了204倍的加速比,4GPU实现了近640倍的加速比,两节点8GPU获得了900倍以上的加速比。这表明该方法具有较好的并行效率和计算性能,在一定程度上解决了CFD应用的计算资源需求问题。
    摘要:
    为评估新型动力轻型飞机的飞行安全性,基于民用航空器适航审定理念和方法,选取飞行关键的阶段,应用MATLAB软件模拟该型飞机起飞地面滑跑和起飞爬升性能,计算滑跑距离和爬升率。结果表明混合动力型轻型飞机的起飞地面滑跑距离缩短了10%,爬升性能提高了22%,同时混合动力型飞机对起飞机场的高度和温度环境适应能力也明显提升。该方法可作为混合动力轻型飞机适航审定中验证符合中国民航CCAR-23-R4规章第23.2115条款“起飞性能”和第23.2120条款“爬升”要求的一种方法。
    摘要:
    传统的基于流程的民用飞机设备架总体设计工作,需要设计师借助结构和系统数字样机经过反复协调迭代形成设备架布置方案,严重依赖于设计师的工程经验,方案迭代速度慢且方案的优劣评价较难量化,这对飞机研制周期和整机经济性都有较大的影响。本文对蚁群算法状态转移规则、搜索路径优化、信息素更新等开展研究,完成设备架智能位置规划算法设计;并基于React组件化优势,完成设备架智能布置可视化开发;最后将设备架智能布置算法和前端UI结合,完成民用飞机设备架智能布置系统V1版本的研究设计,设计师可在操作页面一键运行算法,设备架布置方案计算完成后自动在页面展示,也可根据设计需要将计算结果导入CATIA开展数字样机设计。
    结构强度
    摘要:
    研究了多体动力学计算原理并给出运动学方程,建立了基于ADAMS(虚拟样机仿真分析软件,automatic dynamic analysis of mechanical systems)的起落架与柔性机体一体化的多柔体全机模型,对民用飞机非对称着陆起落架载荷进行了研究,通过和传统着陆动力学方法计算的着陆起落架载荷进行对比,验证一体化多柔体全机模型的适用性。基于仿真结果,分析了飞机非对称着陆对起落架载荷的影响,提出降低飞机着陆起落架载荷的策略。结果表明:非对称着陆缓冲器最大压缩量大于对称着陆;非对称着陆缓冲器最大载荷大于对称着陆;非对称着陆情况下先着陆一侧起落架最大载荷显著大于后着陆一侧起落架。非对称着陆不利于起落架和机体的结构安全性,因此民用飞机运营中需要尽量规避飞机非对称着陆情况。
    摘要:
    基于蜂窝夹层结构固化原理分析和蜂窝在180 ℃高温下的力学性能分析,构建了蜂窝滑移受力模型,确定了影响蜂窝滑移的4个关键因素,分别为蜂窝侧向抗压能力、层间摩擦系数、蜂窝芯边缘倒角和固化压差。针对关键因素进一步分析,表明分别影响4个关键因素的子因素及其影响作用。同时提出了抑制蜂窝滑移的有效措施:1)最靠近蜂窝芯的铺层(推荐0/90°织物)延伸至零件边缘以便进行外力(防滑带、玻璃纤维等)拴系;2)工艺手段(浸胶法、胶膜法、隔膜法等稳定化方法)提高蜂窝侧向抗压能力。
    摘要:
    铆钉/螺栓连接是飞机结构中最常用的机械连接方式,其结构的破坏往往也发生在紧固件及附近结构,其中以剪切失效最为常见。本文采用三维模型非线性有限元分析得到紧固件的非线性刚度,将其引入到实际结构分析所采用的壳单元结合fastener单元的模型中,计算所得的钉载与三维细节模型一致。此外,将三维模型的建模、计算和钉刚度提取过程进行了参数化的自动编程处理,解决了工程计算中大批量紧固件刚度计算的效率问题。最后,将整套数值分析法应用到实际飞机结构破坏试验的数值仿真中,对复杂的渐进损伤过程进行了研究,数值计算与试验结果基本吻合,表明该方法对复杂飞机结构破坏机理的分析具有重要的工程参考价值。
    机载系统
    摘要:
    高频通信系统,又称为短波通信系统,其工作频段为2.000 0~29.999 9 MHz。在通信方式和数据处理等软件设计中,高频通信系统同其他通信子系统一样走在科技发展的前沿,但诸如硬件设计尤其是天线设计和阻抗匹配的研究却很少,应用到民用飞机上的短波通信技术的研究更是少见。但为了实现向负载的最大传输功率以及改善噪声系数,阻抗变化又是十分必要的。首先介绍了高频通信系统的设备组成,然后重点介绍了系统的阻抗匹配流程以及天线调谐器内部电路组成,并简要介绍了阻抗匹配的工作原理和设计思路,旨在对高频通信系统的指标提升提供参考。
    摘要:
    当前,在航空环境监控系统中,座舱内的气压大多是通过数字式座舱控制系统来完成的。由于飞机的飞行包线变化,数字式座舱压力控制系统也在不断变化,这对飞机的座舱压力控制系统设计提出了新的要求。针对这一问题,以压力控制的快速响应、系统稳定性及控制律优化为研究对象,通过AMESim对某型飞机座舱压力控制系统进行建模,选择具有代表性的飞行包线进行仿真,获得系统稳定性和控制律优化。通过仿真验证,完成了原理性样机的开发,为达到对系统动态特性要求进行了地面上舱实验,并进行了控制律优化。
    摘要:
    飞机结冰会造成全机气动性能下降、飞行品质降级等一系列问题,对飞行安全造成极大的威胁。现代民用飞机普遍装备结冰探测系统以应对飞行中的结冰问题。结冰探测系统通过向飞行机组发送结冰告警,来帮助飞行机组判断开启防冰系统的时机。首先对民用飞机结冰探测系统的故障树分析特点进行介绍,然后根据结冰探测系统的功能需求,针对结冰探测系统进行初步的架构设计,之后采用故障树分析的方式分析结冰探测系统主要失效模式的失效概率,过程中发现初步架构的失效模式的失效概率远不能满足系统安全性需求,最后通过对系统架构进行冗余设计,确保系统架构设计满足系统安全性需求。
    摘要:
    着陆是飞机在运行过程中的一个重要阶段,着陆分为手动着陆和自动着陆。具备自动着陆能力的飞机可以适应更多的运营场景,极大地增加了飞机的市场竞争力。经过调研,与自动着陆性能要求相关的适航标准大多为概率指标。为验证自动着陆系统是否满足适航条款中的性能要求概率指标,需要进行大数量级蒙特卡罗仿真,并且需要设置与实际飞行场景概率模型相一致的干扰因素概率模型。根据自动着陆相关适航要求捕获自动着陆需求,并采用QFD工具进行二次转化将需求转化为自动着陆仿真的三点功能要素,分别为概率分布拟合、仿真次数确定以及蒙特卡罗计算方法,针对这三点功能要素采用QFD亲和图等方法对解决方案进行整理分类,进而采用交叉验证法、正交试验法等方法确定最终的解决方案。针对最终方案进行自动着陆系统仿真,确认自动着陆蒙特卡罗仿真方法的可行性。
    摘要:
    目前,在国内民用飞机货舱行李网设计研发方面还存在大量空白,因此以“新舟”60飞机后货舱行李网改装设计方案为例,对民用飞机货舱行李网进行了研究,分别从用户需求分析、改装方案设计和适航符合性验证三个方面相应展开。介绍了民用飞机货舱行李网的设计思路和方法,最后通过相关适航符合性验证方法来证明改装的货舱行李网及其零部件符合相应适航条款的要求,确保设计出既满足用户需求及飞机性能技术指标,又满足适航要求的民用飞机货舱行李网。
    摘要:
    提出了一种基于高安全性应用开发环境(safety critical application development environment,简称SCADE)的驾驶舱控制板仿真建模方法。首先,采用SCADE Display软件开发驾驶舱控制板的显示界面模型和控制板的显控逻辑模型;然后,在显控逻辑模型中嵌入显示界面模型,两者联合仿真确认交互效果满足设计需求后生成标准KCG代码;最后,采用Visual Studio 2013进行模型封装,生成可执行的控制板仿真应用程序。基于该方法进行建模实践,开发了驾驶舱飞行模式控制板(FMCP)的仿真模型,通过鼠标操作可以实现虚拟化控制板上控制器件状态变化及电子显示窗口数值动态响应。实践证明,该方法能够有效实现驾驶舱控制板虚拟化仿真,支持驾驶舱人机交互方案评估,降低验证成本。
    试验试飞
    摘要:
    民用飞机闪电试验是验证飞机闪电防护能力的必要手段,是通过向试验件或试验机注入模拟闪电电流来模拟闪电环境,从而得到飞机的防护性能数据的试验。对于部段级和飞机级闪电试验,为保护试验件和试验机,通常用缩比电流法控制模拟闪电电流的幅值。详细介绍了缩比电流法的概念、目的和适用条件,并以金属翼盒闪电试验为例,针对电流试验、电压试验和表面磁场试验,分别分析了在不同幅值的模拟闪电电流注入下试验结果的可靠性,得到了较为合适的模拟闪电电流的幅值,对民用飞机部段级和飞机级闪电环境试验具有一定的指导意义。
    摘要:
    国际民航史上曾因发动机舱着火而多次发生空难事故,为确保飞行安全,找出对发动机舱灭火剂浓度影响的各种因素、采用精准的改装手段以及建立有效的飞行测试方法就显得尤为重要。分析了通风流量、飞行速度、环境温度等因素对发动机舱灭火剂浓度的影响,给出了测试设备、采样管敷设、采样点布置等改装方法,提出了发动机舱灭火剂浓度测试的飞行试验方法,对试验结果裕度进行了分析,为其它民用飞机发动机舱灭火剂浓度测试合格审定试飞提供了参考。
    摘要:
    为了研究喷丸强化工艺中弹丸类型对疲劳性能的影响规律,设计了应力集中系数为1.5的单细节结构疲劳试验件,分别采用陶瓷丸和不同尺寸的铸钢丸在低、中、高强度下对7055-T7451铝合金试验件进行喷丸强化和疲劳性能测试,通过细节疲劳额定值(DFR)方法对试验数据进行处理和分析,获取试验件喷丸强化后疲劳性能的增益。结果表明:喷丸强化可以明显提高材料的疲劳寿命,疲劳增益为9%~57%;喷丸强化采用的弹丸类型对试验件疲劳增益有明显的影响;同样强度下,陶瓷丸喷丸强化效果优于铸钢丸;弹丸种类相同时,小尺寸弹丸喷丸强化效果优于大尺寸弹丸;陶瓷丸喷丸强度对疲劳性能的影响规律表现为抛物线形,即随着喷丸强度的增加,疲劳性能先增加后减少。
    应用与实践
    摘要:
    冻雨是影响民航在冬季安全运行的常见恶劣天气之一,在飞机表面形成的的积冰等污染物会导致飞机机翼临界角减小,引起民机飞行的不安全事件。贵州省是我国低温雨雪凝冻灾害天气影响最严重的地区,为提高冻雨天气下民机飞行的安全性,选取贵阳龙洞堡机场为样本,梳理冻雨在民航运输中的危害性,再结合机场区域的地形特征,以贵阳2019年1月18日一次冻雨气象来研究冻雨产生的机制,研究发现贵阳地域纬度较低但海拔高度偏高的独特地形,加之区域内存在较强的逆温层,形成的上暖下冷温度场结构是造成冻雨的必备条件。最后从强化冻雨天气下的预报预警工作、落实冻雨天气下的机组操作规则、严格执行冻雨天气下的管制规定和制定冻雨天气下的工作预案等四个方面提出运行控制建议。
    摘要:
    民用飞机的防火设计是飞机的一个重点研究方向。火灾是经常发生的一类航空事故,无法建立相应的风险模型定量评估其发生后对相关区域系统和结构的危害。基于美国联邦航空局咨询通告给出的可燃液体的防火安全性分析指南,提出了一种简单易用的火灾特定风险分析方法。建立了火灾特定风险分析流程,介绍了防火区域划分原则和火灾特定风险分析思路,最后以某大型民用飞机机型为例,进一步说明火灾特定风险分析方法的应用,适用于民用飞机全机防火正向设计。
    摘要:
    当前国内外民用航空型号研制快速发展,而飞机客户服务产品(如手册、地面支援设备、飞行模拟机等)是作为飞机维护、修理和运营的重要指南。因此,构建高效、实用的飞机客户服务产品验证进度管控方法在民用飞机研制阶段具有重要意义。以PDCA循环理论为基础,对民用飞机客户服务产品在飞行试验阶段验证的进度管理方法开展研究,从人、机、料、法、环、测、其他(5M2E)7个角度构建飞机客户服务产品验证进度管理模型,并引入任务成熟度星级管理法进行过程管控,以飞行模拟机试飞数据采集为案例进行实证分析与应用。结果表明:将5M2E方法、PDCA循环和任务成熟度管理理论相结合,可以使飞机客户服务产品在飞行试验阶段验证全过程的进度管控目标更明确、资源分配更合理和管理流程更优化,为后续其它型号的飞机客户服务产品提升验证效率和验证效果提供方法指导。
    摘要:
    针对试飞故障问题数量大、内容多、无法高效利用其信息价值的问题,提出基于运行阶段、ATA章节号、故障文本和CAS、OMS信息的指标体系相似故障问题推荐方法。依据各指标特征,设计不同的相似度计算方法。此外,利用正则表达式,提出一种自动从故障文本描述中提取CAS信息和OMS信息的方法。最后通过实例验证相对于只选取运行阶段、ATA章节号和故障文本作为指标的推荐算法以及只使用TF-IDF方法的算法,本文所提算法在准确率上分别提高了25%和28%,在召回率上分别提高了约27%和31%,可以为相似试飞故障问题的推荐提供参考。
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    优先出版日期:  2022-08-05 , DOI: 10.19416/j.issn.1674-9804.XXXX.XX.n201406005
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    摘要:
    轮载信号是飞机相关系统进行空地状态判断的重要信号,轮载信号触发时间对飞机各系统工作状态具有重要影响。本文依据动力学方法,初步建立了飞机从机轮接地至触发轮载信号的动力学模型,分析了飞机着陆状态对轮载信号触发时间的影响,对于飞机相关系统设计工作具有一定参考价值。

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